La materia oscura es la sustancia más misteriosa e inerte del universo. Sus efectos gravitacionales explican la rotación de las galaxias, el movimiento de los cúmulos y las estructuras de mayor escala en todo el universo. Pero a menor escala, es demasiado pequeño para afectar el movimiento del sistema solar, la materia de la Tierra o el origen y evolución del hombre. Dicho esto, la gravedad que proporciona la materia oscura es absolutamente esencial para los ingredientes crudos que componen la vida como nosotros y un planeta como la Tierra. Sin materia oscura, no podría haber vida en el Universo.
Las estrellas producen el 100% de la luz que vemos en el universo, pero solo el 2% de su masa. Cuando observamos los movimientos de galaxias, cúmulos y más, encontramos que la cantidad de masa gravitacional supera la masa estelar en 50 veces. Uno pensaría que otros tipos de materia ordinaria podrían explicar esta diferencia. Después de todo, descubrimos muchos otros tipos de materia en el universo además de las estrellas:
- los restos de una estrella como enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros;
- asteroides, planetas y otros objetos, cuya masa es demasiado pequeña para ser estrellas;
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- gas neutro en galaxias y el espacio entre ellas;
- polvo que bloquea las regiones con luz y niebla;
- plasma ionizado, que es abundante en el medio intergaláctico.
Todas estas formas de materia ordinaria, o materia que originalmente consistía en las mismas cosas que nosotros: protones, neutrones y electrones, sí contribuyen. El gas y el plasma, en particular, contribuyen más que la suma de todas las estrellas del universo. Pero incluso si sumamos todos estos componentes, obtenemos solo el 15-17% de la cantidad total de materia que se necesita para explicar la gravedad. Para el resto del movimiento que vemos, necesitamos una forma de materia que no solo difiera de los protones, neutrones y electrones, sino que tampoco corresponda a ninguna partícula conocida del Modelo Estándar. Necesitamos algún tipo de materia oscura.
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Un pequeño grupo de científicos está en contra de agregar algún tipo de fuente invisible de masa, pero a favor de cambiar las leyes de la gravedad. Tal modelo tiene dificultades, incluida la incapacidad de reproducir el conjunto completo de observaciones, incluido el movimiento de galaxias individuales en cúmulos, el fondo cósmico de microondas, las colisiones de cúmulos de galaxias y la gigantesca red cósmica de la estructura observada a gran escala del Universo. También hay otra evidencia importante que apunta a la existencia de materia oscura. Te sorprenderás, pero esta es nuestra existencia.
Te sorprenderá que no solo necesitemos materia oscura para explicar fenómenos astrofísicos como la rotación galáctica, el movimiento de los cúmulos y sus colisiones, sino también para explicar el origen mismo de la vida.
Para entender por qué, debe recordar que el Universo comenzó con un estado caliente y denso, el Big Bang, cuando todo tenía la forma de un mar prácticamente homogéneo de partículas separadas, libres y de alta energía. A medida que el Universo se enfrió y expandió, se formaron protones, neutrones y los núcleos más ligeros (hidrógeno, helio, deuterio y un poco de litio), pero nada más. Hace sólo decenas o cientos de millones de años que esta materia colapsó en regiones lo suficientemente densas como para formar estrellas y, finalmente, galaxias.
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Todo esto habría sucedido, aunque de una manera ligeramente diferente, con o sin materia oscura. Pero para que los elementos necesarios para que la vida prolifere en abundancia (carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre) deben fundirse en los núcleos de las estrellas más masivas del universo. No nos hace ni fríos ni calientes; Para que puedan formar planetas sólidos, moléculas orgánicas y vida, primero necesitan arrojar estos átomos pesados al medio interestelar, donde nuevamente se convertirán en estrellas, ya para las próximas generaciones. Esto requiere una explosión de supernova.
Observamos estas explosiones con gran detalle y sabemos, en particular, qué tan rápido este material es expulsado de las estrellas en su agonía: a miles de kilómetros por segundo. (¡Los restos de la supernova Cas A expulsaron material a velocidades de 5000 e incluso 14,500 km / s!). Si bien este número puede parecer pequeño, especialmente dada la velocidad de la luz, recuerde que nuestra propia estrella está orbitando en la Vía Láctea a una velocidad de solo 220 km / s. Si el Sol girara al menos tres veces más rápido, ya estaríamos fuera de la atracción gravitacional de nuestra galaxia, seríamos expulsados.
Los remanentes de supernova expulsan materia más pesada, pero gracias a la poderosa atracción gravitacional de un halo de materia oscura difuso y alargado, mantendremos la mayor parte de esta masa dentro de nuestra propia galaxia. Con el tiempo, la materia volverá a las regiones normales ricas en materia normal, formará nubes moleculares neutrales y formará la base para las generaciones posteriores de estrellas, planetas y, lo que es más interesante, combinaciones moleculares orgánicas.
Pero sin la atracción adicional del halo masivo de materia oscura que rodea la galaxia, la gran mayoría del material expulsado de una supernova dejaría la galaxia para siempre. Siempre flotará en el entorno intergaláctico, pero nunca se convertirá en parte de las futuras generaciones de sistemas estelares. En el Universo sin materia oscura, tendríamos estrellas y galaxias, pero los planetas serían solo gigantes gaseosos, no habría mundos sólidos, tampoco agua líquida ni vida. Sin la abundancia de elementos pesados suministrados por generaciones de estrellas masivas, la vida de base molecular nunca existiría.
Resulta que el halo masivo de materia oscura que rodea nuestra galaxia, que permitió el surgimiento de la vida basada en el carbono, que ha elegido a la Tierra como su hogar, o algo más, merece la pena agradecer todo esto. A medida que profundizamos cada vez más en los principios del universo, entendemos que la materia oscura es absolutamente necesaria para la aparición de la vida. Sin él, no habría química, elementos complejos, biología, planetas sólidos, vida y nosotros.
ILYA KHEL
